Question

黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦等是工業(yè)煉銅的常用原料．
完成下列計算：
（1）某種黃銅礦中銅的質(zhì)量分數(shù)為0.25，生產(chǎn)1噸純銅理論上需要這種銅礦

 

噸．
（2）實驗室以黃銅礦為原料模擬工業(yè)煉銅時會產(chǎn)生SO₂，用200mL 1mol/L的NaOH溶液吸收后，將溶液低溫蒸干，得到不含結晶水的固體19.98g，求所得固體的成分及物質(zhì)的量．
（3）斑銅礦的主要成分M由Cu、Fe、S三種元素組成，其中Cu、Fe元素的質(zhì)量比為40：7．常溫下將5.04g M粉末全部溶于過量濃HNO₃中，反應后的溶液加水稀釋至500mL，測得其pH=0．向溶液中滴加5mol/L的NaOH溶液，當加入126mL后，沉淀質(zhì)量不再增加，求M的化學式．
（4）以輝銅礦為原料火法煉銅，其原理是：
2Cu₂S+3O₂→2Cu₂O+2SO₂；
Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑．
將含3mol Cu₂S的輝銅礦與一定量的空氣（氮氣、氧氣的體積比為4：1）在密閉容器中充分反應（假設各步反應都完全），得到單質(zhì)銅3mol，求所得氣體中SO₂的體積分數(shù)．

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算

專題：計算題

分析：（1）根據(jù)元素守恒，礦石中銅的質(zhì)量等于純銅的質(zhì)量計算；
（2）NaOH的物質(zhì)的量為0.2L×1mol/L=0.2mol，假設固體全為Na₂SO₃，則生其質(zhì)量為

0.2mol

2

×126g/mol=12.6g＜19.98g，假設固體全是NaHSO₃，則其質(zhì)量為0.2mol×104g/mol=20.8＞19.98g，故固體為Na₂SO₃、NaHSO₃的混合物，根據(jù)鈉離子守恒與二者總質(zhì)量列方程計算各自物質(zhì)的量；
（3）根據(jù)Cu、Fe元素的質(zhì)量比為40：7計算n（Cu）：n（Fe），當加水稀釋至500 L時測得其pH為0，此是氫離子濃度為1mol/L，氫氧化鈉先中和氫離子，然后將金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀，可知金屬離子消耗氫氧化鈉的物質(zhì)的量為2n（Cu²⁺）+3n（Fe³⁺），聯(lián)立可以計算n（Cu）、n（Fe），進而計算S元素物質(zhì)的量，再計算三元素物質(zhì)的量之比確定化學式；
（4）已知2Cu₂S+3O₂→2Cu₂O+2SO₂ Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑，反應得到單質(zhì)銅3mol，根據(jù)方程式計算生成二氧化硫，結合空氣中氧氣和氮氣的含量計算．

解答： 解：（1）生產(chǎn)1噸純銅，需礦石的質(zhì)量為：

1t

0.25

=4t，故答案為：4；
（2）NaOH的物質(zhì)的量為0.2L×1mol/L=0.2mol，假設固體全為Na₂SO₃，則其質(zhì)量為

0.2mol

2

×126g/mol=12.6g＜19.98g，假設固體全是NaHSO₃，則其質(zhì)量為0.2mol×104g/mol=20.8＞19.98g，故固體為Na₂SO₃、NaHSO₃的混合物，
設Na₂SO₃、NaHSO₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：
由二者總質(zhì)量：126x+104y=19.98
根據(jù)Na元素守恒：2x+y=0.2
聯(lián)立方程解得x=0.01，y=0.18，
答：所得固體中Na₂SO₃為0.01mol，NaHSO₃為0.18mol；
（3）由Cu、Fe元素的質(zhì)量比為40：7，則n（Cu）：n（Fe）=

40

64

：

7

56

=5：1，當加水稀釋至500 L時測得其pH為0，此是氫離子濃度為1mol/L，氫氧化鈉先中和氫離子，然后將金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀，所以2n（Cu²⁺）+3n（Fe³⁺）=5mol/L×0.126L-1mol/L×0.5L=0.13mol，
聯(lián)立解得：n（Cu）=0.05mol，n（Fe）=0.01mol，
故m（S）=5.04g-0.01mol×56g/mol-0.05mol×64g/mol=1.28g，則n（S）=

1.28g

32g/mol

=0.04mol，
則n（Fe）：n（Cu）：n（S）=0.01mol：0.05mol：0.04mol=1：5：4，
則M的化學式為FeCu₅S₄，
答：M的化學式：FeCu₅S₄；
（4）將含3molCu₂S的輝銅礦與一定量的空氣（氮氣、氧氣的體積比4：1）在密閉容器中充分反應（假設各步反應都完全），得到單質(zhì)銅3mol，
若Cu₂S過量
 2Cu₂S+3O₂ →2Cu₂O+2SO₂ 
  1mol 1.5mol  1mol  1mol
 Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑
 0.5mol 1mol  3mol  0.5mol
則反應消耗氧氣為1.5mol，氮氣的物質(zhì)的量是氧氣的4倍，則氮氣的物質(zhì)的量為6mol，
生成的二氧化硫為0.5mol+1mol=1.5mol，
則所得氣體中的二氧化硫的體積分數(shù)

1.5

6+1.5

×100%=20%；
若Cu₂O過量
 2Cu₂S+3O₂ →2Cu₂O+2SO₂ 
 2.5mol 3.75mol 2.5mol 2.5mol
 Cu₂S+2Cu₂O→6Cu+SO₂↑
 0.5mol 1mol 3mol  0.5mol
則反應消耗氧氣為3.75mol，氮氣的物質(zhì)的量是氧氣的4倍，則氮氣的物質(zhì)的量為15mol，
生成的二氧化硫為0.5mol+2.5mol=3mol，
則所得氣體中的二氧化硫的體積分數(shù)

3

3+15

×100%=16.7%；
答：若Cu₂S過量，SO₂%=20%，若Cu₂O過量，SO₂%=16.7%．

點評：本題考查混合物計算、復雜化學式的計算，側重考查學生分析計算能力，注意極限法與守恒法的應用，注意過量計算的方法．